便携式沙地钻井与取样装置

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便携式沙地钻井与取样装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及生态科研仪器设备技术领域，特别是涉及一种便携式沙地钻井与\n取样装置。\n背景技术\n[0002] 土壤是人类赖以生存和发展的不可再生资源，由于受到自然因素和人为活动的双\n重影响，土壤具有明显的空间异质性。在区域土壤资源评价和土壤属性制图研究工作中，往\n往需要采集一定深度的土壤样品进行分析测定。传统的土壤剖面采样法是在挖掘一定深度\n剖面后，按照土壤发生层或等间距进行样品采集。然而，由于挖掘土壤剖面费时、费力，传统\n的土壤剖面采样法仅限于浅层土壤(小于2m)样品采集，而深层土壤(大于2m)样品采集往往\n5 2\n依赖于专业的取土设备。此外，传统的土壤剖面采样法难以在区域尺度下(大于10×10km)\n进行大规模采样，所获样品的代表性往往受挖掘剖面个数所限。为了满足区域尺度下大规\n模采样，同时能够快速获取深层土壤(大于2m)样品，亟需设计一种便携式高效取土设备。\n[0003] 传统取土器是采用压力将取土器旋转或者直接压入土体中，待套筒被土体充满以\n后拔出取土器完成取土，取土过程中主要应用土体本身的粘聚力以及土样与套筒之间的摩\n擦力将土体取出。然而，传统取土器对土壤特征要求较高，仅适用于可塑性强的壤土和黏土\n样品采集，而对于可塑性差、粘聚力弱的沙土适用性较差。\n[0004] 传统取土器在钻取沙土时主要存在两方面问题：(1)取土器在向上提出过程中沙\n土容易流出套筒，很难被取土器取出，无法达到采样目的；(2)随着钻取深度的增加，钻孔周\n围的流沙极易出现滑漏和坍塌，从而导致取土器被掩埋难以取出。\n实用新型内容\n[0005] 本实用新型提供一种便携式沙地钻井与取样装置，用以解决现有技术中在取土器\n上提过程中沙土容易流出，无法取出的缺陷，实现稳定取样，提高取样效率。\n[0006] 本实用新型提供一种便携式沙地钻井与取样装置，包括手柄、钻杆和钻头，所述手\n柄与所述钻杆的第一端连接；\n[0007] 所述钻头的第一端与所述钻杆的第二端连接，所述钻头的第二端设有钻井刀口，\n所述钻头的内侧设有存土柱，所述存土柱的外周侧设有螺旋叶片，所述存土柱的上端侧设\n有与所述螺旋叶片的上端导引适配的开口。\n[0008] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述存土柱的底端设有\n锥形尖刀，所述锥形尖刀、所述存土柱和所述钻杆共轴线。\n[0009] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述钻井刀口呈三角\n形，沿垂直于所述钻头的轴线的方向，所述钻头的第二端的两相对侧分别设置所述钻井刀\n口。\n[0010] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，还包括隔沙套管，所述\n隔沙套管的内径大于所述钻头的直径。\n[0011] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述隔沙套管的上端设\n有双向接头。\n[0012] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述手柄的底侧设有第\n一连接柱，所述第一连接柱设有与所述钻杆的第一端的第二连接柱卡接适配的第一卡槽。\n[0013] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述钻杆的第二端设有\n第三连接柱，所述第三连接柱设有第二卡槽，所述钻头的第一端设有与所述第二卡槽卡接\n适配的第四连接柱。\n[0014] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述手柄套设有防滑握\n套。\n[0015] 本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，通过设置手柄、钻杆和钻头，\n手柄与钻杆的第一端连接，钻杆竖直设置，钻头的第一端与钻杆的第二端连接，钻头的第二\n端设置钻井刀口，钻头内设置存土柱和螺旋叶片，并在存土柱的上端设置开口，通过旋转螺\n旋叶片实现将沙土由开口导引至存土柱内，有效防止上提钻头时沙土的漏流，提高取样效\n率和准确性。\n[0016] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述\n中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。\n附图说明\n[0017] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例\n或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是\n本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，\n还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0018] 图1为本实用新型提供的便携式沙地钻井与取样装置的结构示意图；\n[0019] 图2为本实用新型提供的便携式沙地钻井与取样装置中钻杆的结构示意图；\n[0020] 图3为本实用新型提供的便携式沙地钻井与取样装置中钻头的结构示意图；\n[0021] 图4为本实用新型提供的便携式沙地钻井与取样装置中螺旋叶片的结构示意图；\n[0022] 图5为本实用新型提供的便携式沙地钻井与取样装置中存土柱的结构示意图；\n[0023] 图6为本实用新型提供的便携式沙地钻井与取样装置中隔沙套管的结构示意图。\n[0024] 附图标记：\n[0025] 100、手柄；110、第一连接柱；120、防滑握套；200、钻杆；210、第二连接柱；220、第三\n连接柱；230、卡珠；300、钻头；310、钻井刀口；320、存土柱；330、螺旋叶片；340、锥形尖刀；\n350、导引柱；360、开口；400、隔沙套管；410、双向接头；420、卡台。\n具体实施方式\n[0026] 下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例\n用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。\n[0027] 在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、\n“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或\n位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化\n描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操\n作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于\n描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。\n[0028] 在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语\n“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；\n可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于\n本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含\n义。\n[0029] 在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”\n或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，\n第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，\n或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下\n面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二\n特征。\n[0030] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示\n例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特\n点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示\n意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特\n点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，\n本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的\n特征进行结合和组合。\n[0031] 下面结合图1至图6描述本实用新型的一种便携式沙地钻井与取样装置，包括手柄\n100、钻杆200和钻头300，所述手柄100与所述钻杆200的第一端连接；\n[0032] 所述钻头300的第一端与所述钻杆200的第二端连接，所述钻头300的第二端设有\n钻井刀口310，所述钻头300的内侧设有存土柱320，所述存土柱320的外周侧设有螺旋叶片\n330，所述存土柱320的上端侧设有与所述螺旋叶片330的上端导引适配的开口360。可以理\n解的是，手柄100水平设置，用以操作人员手握操持。钻杆200竖直设置，钻杆200的第一端即\n上端与手柄100连接，实现相对固定，优选的钻杆200的第一端与手柄100的中间位置的底侧\n连接，操作人员手握钻杆200两侧的手柄100部分，方便均匀施力。\n[0033] 进一步地，钻头300竖直设置，且钻头300的轴线与钻杆200的轴线重合。钻杆200的\n第二端即下端与钻头300的第一端即上端连接，保证相对固定。也就是说，操作人员旋转手\n柄100时，钻杆200带动钻头300，与手柄100同步转动。\n[0034] 其中，钻头300的第二端即下端设有钻井刀口310，用以挖土钻井，提高钻井速度。\n钻头300为空心圆柱状结构，钻头300的内顶侧设有存土柱320，存土柱320的上端与钻头300\n的内顶侧固定连接。存土柱320的外周侧设有螺旋叶片330，优选螺旋叶片330反向设置，螺\n旋叶片330的下端与沙土接触，螺旋叶片330的上端与存土柱320的上端侧设置的开口360导\n引适配，也就是说，通过旋转螺旋叶片330，沙土沿螺旋叶片330上升至螺旋叶片330的上端，\n并通过开口360进入存土柱320内，进行存储，通过上提钻头300，将存土柱320提出井外，此\n过程中，钻头300的防护作用，防止其他深度的沙土进入存土柱320，提高取样的准确度，同\n时防止样品的洒漏。当存土柱320提升至井外侧时，通过倾斜存土柱320，使存土柱320内的\n沙土由开口360倒出，完成样品的采取。\n[0035] 优选地，存土柱320的底端设置导引柱350，螺旋叶片330设置于导引柱350的周侧，\n保证连接强度。\n[0036] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述存土柱320的底端\n设有锥形尖刀340，所述锥形尖刀340、所述存土柱320和所述钻杆200共轴线。可以理解的\n是，存土柱320的底端设置锥形尖刀340，锥形尖刀340的尖端朝下，用以钻井过程中切断植\n物根系，利于推进。值得说明的是，锥形尖刀340、存土柱320、螺旋叶片330和钻杆200共轴\n线，且锥形尖刀340的直径小于螺旋叶片330的外径，螺旋叶片330的下端所在平面与锥形尖\n刀340的固定端位于同一平面，使得钻井过程中锥形尖刀340向两侧推开的沙土与螺旋叶片\n330的下端接触，在旋转的过程中，沙土上移，经锥形尖刀340作用后的沙土，比较松散，而且\n相对充足，便于螺旋叶片330的导引，提高取样效率。\n[0037] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述钻井刀口310呈三\n角形，沿垂直于所述钻头300的轴线的方向，所述钻头300的第二端的两相对侧分别设置所\n述钻井刀口310。可以理解的是，钻井刀口310呈三角形，优选设置两个，两个钻井刀口310固\n定设于钻头300的第二端，且关于钻头300的轴线对称，并沿钻头300的轴线方向向钻头300\n的内侧倾斜，有利于快速钻入沙土中，提高钻井和取样效率。\n[0038] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，还包括隔沙套管400，所\n述隔沙套管400的内径大于所述钻头300的直径。可以理解的是，隔沙套管400用以放置在井\n内，防止流沙坍塌。隔沙套管400的内径略大于钻头300的直径，且与井的直径尺寸相适配，\n保证隔沙套管400可插入井内形成对井壁的支护效果，并使得钻头300穿设在隔沙套管400\n内可自由转动并上下移动，完成取样。隔沙套管400的外径与井的直径相适配，实现对井的\n内壁的支护。值得说明的是，在实际钻井过程中，由于人工操作钻井，导致井的直径会略大\n于钻头300的直径，使得隔沙套管400完全可以放入井内，对井壁进行支护。当需要增加钻杆\n200的长度时，将钻头300由隔沙套管400内提起，拆卸钻头300和钻杆200，加设钻杆200的根\n数后，再将钻杆200与钻头300连接，并由隔沙套管400插入井内进行钻井或取样。\n[0039] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述隔沙套管400的上\n端设有双向接头410。可以理解的是，隔沙套管400的上端设置双向接头410，实现两根隔沙\n套管400的拼接，满足钻井深度的需求。具体的，双向接头410的中部设置环形的卡台420，卡\n台420的外径与隔沙套管400的外径相同，卡台420两侧均为插接部，插接部的外径与隔沙套\n管400的内径相同。卡台420下侧的插接部插入位于双向接头410下侧的隔沙套管400的上\n端，卡台420上侧的插接部插入位于双向接头410上侧的隔沙套管400的下端，实现两根隔沙\n套管400的拼接，适应井的深度，保证对井壁的支护效果。\n[0040] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述手柄100的底侧设\n有第一连接柱110，所述第一连接柱110设有与所述钻杆200的第一端的第二连接柱210卡接\n适配的第一卡槽。可以理解的是，手柄100的底侧中部固定设置第一连接柱110，第一连接柱\n110内设置第一卡槽，钻杆200的上端设置第二连接柱210，第二连接柱210插设在第一连接\n柱110内，并通过第一卡槽卡固，实现钻杆200与手柄100的可拆卸连接，便于组装和携带。值\n得说明的，第二连接柱210的周侧设置卡珠230，卡珠230可垂直于第二连接柱210的轴线方\n向伸缩弹动，组装时，将第二连接柱210插入第一连接柱110内，卡珠230向第一连接柱110的\n轴线方向压缩，当卡珠230移动至第一卡槽的位置处时，卡珠230向背离第一连接柱110的轴\n线方向弹移，并卡固在第一卡槽内，实现手柄100与钻杆200的相对固定，转动手柄100时，钻\n杆200与手柄100同步转动。拆卸时，沿第二连接柱210的轴线方向拉手柄100或钻杆200或同\n时沿反向拉动手柄100和钻杆200，卡珠230受到第一连接柱110的内壁的挤压力向第二连接\n柱210的轴线方向缩移，并滑出第一卡槽，实现手柄100与钻杆200的拆分。\n[0041] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述钻杆200的第二端\n设有第三连接柱220，所述第三连接柱220设有第二卡槽，所述钻头300的第一端设有与所述\n第二卡槽卡接适配的第四连接柱。可以理解的是，钻杆200的下端设置第三连接柱220，第三\n连接柱220内侧设置第二卡槽，钻头300的上端设置第四连接柱，第四连接柱插设在第三连\n接柱220内，并通过第二卡槽卡固，实现钻杆200与钻头300的可拆卸连接，便于组装和携带。\n[0042] 值得说明的，第四连接柱的周侧设置卡珠230，卡珠230可垂直于第四连接柱的轴\n线方向伸缩弹动，组装时，将第四连接柱插入第三连接柱220内，卡珠230向第四连接柱的轴\n线方向压缩，当卡珠230移动至第二卡槽的位置处时，卡珠230向背离第四连接柱的轴线方\n向弹移，并卡固在第二卡槽内，实现钻头300与钻杆200的相对固定，转动手柄100时，钻头\n300与钻杆200同步转动。拆卸时，沿第四连接柱的轴线方向拉钻杆200或钻头300或同时沿\n反向拉动钻头300和钻杆200，卡珠230受到第三连接柱220的内壁的挤压力向第四连接柱的\n轴线方向缩移，并滑出第二卡槽，实现钻头300与钻杆200的拆分。\n[0043] 进一步地，第一连接柱110和第二连接柱210、第三连接柱220和第四连接柱均可采\n用螺纹可拆卸连接。第一连接柱110的内侧壁和第三连接柱220的内壁分别设置内螺纹，第\n二连接柱210的外侧壁和第四连接柱的外侧壁分别设置外螺纹，需要说明的是，第一连接柱\n110和第二连接柱210的螺接旋转方向与第三连接和第四连接柱的螺接旋转方向相同，且与\n螺旋叶片330的螺旋方向相反，也就是说，在旋转手柄100，螺旋叶片330导引沙土时，第一连\n接柱110和第二连接柱210朝着拧紧的方向转动，第三连接柱220和第四连接柱也朝着拧紧\n的方向转动。\n[0044] 其中，第二连接柱210与第三连接柱220同样适配连接，也就是说，若单根钻杆200\n的长度无法满足取样深度时，可将第二根钻杆200下端的第三连接柱220与第一根钻杆200\n上端的第二连接柱210卡接，以满足取样深度需求。\n[0045] 根据本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，所述手柄100套设有防\n滑握套120。可以理解的是，位于第一连接柱110两侧的手柄100分别套设防滑握套120，增加\n手掌与手柄100之间的摩擦力，防止手掌出汗时打滑脱落产生危险。\n[0046] 本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置的操作步骤如下：\n[0047] 根据取样深度，选取钻杆200和隔沙套管400的个数；\n[0048] 将钻杆200上端的第二连接柱210插入手柄100底侧的第一连接柱110内，实现钻杆\n200与手柄100的相对固定连接；其中，手柄100采用厚度为3mm～5mm，直径为2.8cm～3.2cm，\n长度为60cm的空心不锈钢管制作，第一连接柱110的内径为2cm，钻杆200为直径为2.5cm，长\n度1m的实心不锈钢管制作，第二连接柱210的直径为2cm，第三连接柱220的内径为2cm；\n[0049] 将需要的多个钻杆200首尾顺次连接，拼接至足够长度；\n[0050] 将钻头300上端的第四连接柱插入钻杆200下端的第三连接柱220内，实现钻头300\n与钻杆200的相对固定，其中，钻头300的直径为8cm，高度为20cm，厚度为2cm，开口360的高\n度为6cm，弧形长度为8cm～10cm，螺旋叶片330的厚度为2mm，锥形尖刀340的高度为6cm～\n8cm，钻井刀口310的高度为3cm～4cm，厚度为2mm；\n[0051] 顺时针旋转并向下压手柄100，钻杆200和钻头300同步顺时针旋转，钻头300进行\n钻井作业，此时，螺旋叶片330逆时针旋转，并完成对沙土的导引作用，使沙土由开口360进\n入存土柱320内，当存土柱320内装满沙土后，将钻头300提出，倾斜钻头300，使开口360朝\n下，使存土柱320内的沙土由开口360倒出；\n[0052] 重复上步，直至钻井深度达到1m时，将隔沙套管400放入井内形成支护，将钻杆200\n和钻头300经隔沙套管400内侧提出，拼接多根钻杆200后，再将拼接加长后的钻杆200和钻\n头300插入隔沙套管400内，进行取样；\n[0053] 完成取样后，提拉手柄100，将钻头300和钻杆200一起提出，倾斜钻头300，让开口\n360朝下，使样品倒出。\n[0054] 本实用新型提供的一种便携式沙地钻井与取样装置，通过设置手柄、钻杆和钻头，\n手柄与钻杆的第一端连接，钻杆竖直设置，钻头的第一端与钻杆的第二端连接，钻头的第二\n端设置钻井刀口，钻头内设置存土柱和螺旋叶片，并在存土柱的上端设置开口，通过旋转螺\n旋叶片实现将沙土由开口导引至存土柱内，有效防止上提钻头时沙土的漏流，提高取样效\n率和准确性。\n[0055] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；\n尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：\n其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等\n同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术\n方案的精神和范围。\n[0056] 以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施\n例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术\n方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应\n涵盖在本实用新型的权利要求范围中。